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Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem, mit einer drehbar gelagerten Gurtaufrollerachse und einen Kupplungsmechanismus, der selektiv einen Kraftfluß von oder zu der Gurtaufrollerachse herstellt.
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Ein kostengünstiger Gurtstraffer, bei dem ein nicht-starres Medium als Kraftübertragungselement zum Einsatz kommt, ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 031 369 A1 bekannt. In einem Rückhaltefall versetzt das von der Antriebseinheit aus einem Hohlprofil herausbewegte Kraftübertragungselement ein Antriebselement in Drehung. Dabei gelangt die Verzahnung des Antriebselements mit einem Ritzel in Eingriff, das drehfest mit der Achse des Gurtaufrollers verbunden ist, so dass Gurtband eingezogen wird.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 43 31 027 A1 und der
DE 197 33 787 C1 ist jeweils ein Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem mit einem Kupplungsmechanismus zur Herstellung des Kraftflusses zu einer Gurtaufrollerachse bekannt. Dieser Kupplungsmechanismus umfasst eine erstes und ein zweites Kupplungsteil sowie einer Kupplungsklinke umfasst.
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Aus der
DE 198 56 364 A1 ist darüber hinaus die Schaltung unterschiedlicher Kraftbegrenzungseinrichtungen bekannt, wobei zwei gekoppelte Sperrklinken drei Schaltstellungen einnehmen können.
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Um einen optimalen Fahrzeuginsassenschutz bieten zu können, ist eine Anpassung der Straffkraft an die jeweiligen Umstände wünschenswert. So ist im Vergleich zu einem großen, schweren Insassen für einen kleinen, leichten Insassen meist eine geringere Straffkraft ausreichend.
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Die Erfindung schafft einen Gurtstraffer, der eine Kraftniveaueinstellung ermöglicht, dabei aber besonders einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar ist.
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Gemäß der Erfindung ist bei einem Gurtstraffer der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Kupplungsklinke selektiv in das erste Kupplungsteil (18), das zweite Kupplungsteil (19) oder beide Kupplungsteile (18, 19) einsteuerbar ist, wobei die Kupplungsteile so ausgelegt und gelagert sind, dass sie unterschiedliche Kraftübertragungseigenschaften aufweisen. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gurtstraffers ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich ein Kupplungsmechanismus mit einer Klinke besonders gut für die selektive Bereitstellung eines Kraftflusses eignet, da die Klinke auf einfache Weise aus einer Ausgangsposition, in der die Gurtaufrollerachse vom Kupplungsmechanismus unbeeinflußt ist, in eine Einsteuerposition verschwenken läßt, in der sie einen Kraftfluß von oder zu der Gurtaufrollerachse herstellt. Durch die erfindungsgemäß gegebene Möglichkeit, die Kupplungsklinke in verschiedene Kupplungsteile mit unterschiedlichen Kraftübertragungseigenschaften einzusteuern, ist für eine einfache Einstellung des Kraftniveaus gesorgt.
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Neben der Möglichkeit, dass zur Einstellung der Straffkraft die Kupplungsklinke einen Kraftfluß zwischen einem von einer Antriebseinheit angetriebenen Kraftübertragungselement und der Gurtaufrollerachse herstellt, so dass die Bewegung des Kraftübertragungselements in eine Drehung der Gurtaufrollerachse umgesetzt wird, kann beim erfindungsgemäßen Gurtstraffer auch die Möglichkeit der Einstellung des Niveaus bei einer anschließenden Begrenzung der auf den Insassen wirkenden Gurtbandkraft (Kraftbegrenzung) vorgesehen sein. Die Kupplungsklinke stellt dann einen Kraftfluß von der Gurtaufrollerachse über ein Torsionselement zu einem relativ zur Gurtaufrollerachse nicht drehbaren, kraftaufnehmenden Bauteil her.
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Vorzugsweise umfaßt der Gurtstraffer einen Einstellmechanismus zum Verschieben der Kupplungsklinke in verschiedene Positionen relativ zu den Kupplungsteilen. Mit dem Einstellmechanismus wird durch die Verschiebung der Kupplungsklinke die Auswahl des Kraftniveaus technisch umgesetzt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Einstellmechanismus einen elektrisch betätigten Aktuator, der in Abhängigkeit einer Auswertung von insassenbezogenen und/oder fahrzeugsituationsbezogenen Daten angesteuert wird.
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In besonders vorteilhafter Weise ist die Kupplungsklinke so gelagert, dass sie in der Einsteuerposition vom Kraftübertragungselement angetrieben wird und eine Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung kann leicht auf die Gurtaufrollerachse übertragen werden, um so eine Drehung der Gurtaufrollerachse in Aufwickelrichtung zum Einzug von Gurtband zu erzeugen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gurtstraffers ist die Kupplungsklinke an einem drehbar gelagerten Antriebsteil gelagert, das in der Einsteuerposition der Kupplungsklinke drehfest an die Gurtaufrollerachse gekoppelt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Kupplungsklinke nach dem Einsteuern mit dem Antriebsteil mitdreht und so die drehfest an das Antriebsteil gekoppelte Gurtaufrollerachse in Drehung versetzt.
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Vorzugsweise ist die Kupplungsklinke an ihrem Drehpunkt an das Antriebsteil gekoppelt, so dass die Kupplungsklinke ohne weitere Maßnahmen zur Einsteuerung in das Antriebsteil verschwenkbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Kupplungsmechanismus eine Torsionsbaugruppe mit mehreren Torsionselementen, die jeweils drehfest an eines der Kupplungsteile gekoppelt sind.
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Besonders vorteilhaft sind auch die Torsionselemente so ausgelegt und gelagert, dass sie unterschiedliche Kraftübertragungseigenschaften aufweisen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtstraffers;
- - 2 eine Querschnittansicht des Gurtstraffers aus 1 entlang der Linie II-II;
- - 3 bis 5 Längsschnittansichten des Gurtstraffers mit unterschiedlichen Kraftverläufen bei einer Gurtstraffung; und
- - 6 bis 8 Längsschnittansichten des Gurtstraffers mit unterschiedlichen Kraftverläufen bei einer Kraftbegrenzung.
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Die 1 und 2 zeigen einen Gurtstraffer 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei in 2 der Übersichtlichkeit halber einige Teile weggelassen wurden. Der Gurtstraffer 10 ist in einen Gurtaufroller integriert, welcher eine drehbare Gurtaufrollerachse 12 umfaßt. Die Rotationsachse der Gurtaufrollerachse 12 ist mit R bezeichnet. Im eingebauten Zustand des Gurtaufrollers ist Gurtband auf der Gurtaufrollerachse 12 aufgewickelt, das durch Drehung der Gurtaufrollerachse 12 in Gurtbandabwickelrichtung (Pfeil A) abgezogen und durch Drehung in Gurtbandaufwickelrichtung (Pfeil B) eingezogen werden kann. Der Gurtaufroller ist mit einem einfachen Sperrsystem 14 zum bedarfsweisen Blockieren der Gurtaufrollerachse 12 in Abwickelrichtung A versehen.
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Der Gurtstraffer 10 weist ferner ein erstes Kupplungsteil 18, hier eine mit einer Außenverzahnung 18a versehene Kupplungsscheibe, und ein zweites Kupplungsteil 19 auf, hier ein ebenfalls mit einer Außenverzahnung 19a versehener Kupplungsring. Die Gurtaufrollerachse 12 ist an einem Ende drehbar in einem Rahmen 16 gelagert, der zur Aufnahme großer Kräfte geeignet ist, die im Zusammenhang mit einer Gurtstraffung und einer anschließenden begrenzten Drehung der Gurtaufrollerachse 12 in Abwickelrichtung A auftreten können. Am anderen Ende ist die Gurtaufrollerachse 12 drehfest im zweiten Kupplungsteil 19 gelagert, das wiederum drehbar im Gurtaufroller gelagert ist. Das erste Kupplungsteil 18 hat den gleichen Außendurchmesser wie das zweite Kupplungsteil 19 und ist auf der der Gurtaufrollerachse 12 abgewandten Seite des zweiten Kupplungsteils 19 konzentrisch zu diesem angeordnet. Das erste Kupplungsteil 18 ist unabhängig vom zweiten Kupplungsteil 19 ebenfalls drehbar im Gurtaufroller gelagert.
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Die Gurtaufrollerachse 12 ist an sich relativ zu den Kupplungsteilen 18 und 19 drehbar, aber über eine innerhalb der Gurtaufrollerachse 12 angeordnete Torsionsbaugruppe 20 unter normalen Umständen drehfest an beide Kupplungsteile 18 und 19 gekoppelt. Die Torsionsbaugruppe 20 umfaßt ein Torsionsrohr 20a und einen darin angeordneten Torsionsstab 20b, dessen von den Kupplungsteilen 18, 19 abgewandtes Ende drehfest mit dem entsprechenden Ende des Torsionsrohrs 20a verbunden ist. Während das entgegengesetzte Ende des Torsionsrohrs 20a drehfest mit dem zweiten Kupplungsteil 19 verbunden ist, ist unabhängig davon das entsprechende Ende des Torsionsstabs 20b drehfest mit dem ersten Kupplungsteil 18 verbunden.
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Die Gurtaufrollerachse 12 und das zweite Kupplungsteil 19 sind von einem im Rahmen 16 relativ zur Gurtaufrollerachse 12 und den Kupplungsteilen 18, 19 drehbaren Antriebsteil 22, hier eine Ringhülse mit L-förmigem Querschnitt, umgeben. Auch das Antriebsteil 22 weist eine Außenverzahnung 22a auf, in die eine am Rahmen 16 schwenkbar gelagerte, in diese Richtung vorgespannte Sperrklinke 24 gedrückt wird. Die Sperrklinke 24 läßt eine Drehung des Antriebsteils 22 in Aufwickelrichtung B zu, verhindert aber eine entgegengesetzte Drehung des Antriebsteils 22 in Abwickelrichtung A.
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Des weiteren ist eine innenverzahnte Kupplungsklinke 26 vorgesehen, die an einem Ende so an das Antriebsteil 22 gekoppelt ist, dass sie bei einer Drehung des Antriebsteils 22 mitgenommen wird, jedoch unabhängig davon um einen Drehpunkt 26a relativ zum Antriebsteil 22 in eine Einsteuerposition verschwenkbar ist, die später genauer erläutert wird. Die Kupplungsklinke 26 ist z. B. mittels einer Feder 34 so vorgespannt, dass sie im Normalzustand des Gurtstraffers 10 in einer Ausgangsposition gehalten wird, in der sie außer Eingriff mit den Kupplungsteilen 18 und 19 ist.
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An einem freien Ende weist die Kupplungsklinke
26 eine Kontaktfläche
28 auf, der direkt oder indirekt an ein Kraftübertragungselement
30 gekoppelt ist. Das Kraftübertragungselement
30 ist hier ein nicht-starres Medium, z. B. ein biegsamer Kunststoffstab, der in einem gebogenen Rohr
31 aufgenommen ist. Einzelheiten zum Kraftübertragungselement und zu dessen Anordnung einschließlich möglicher Alternativen sind in der
DE 10 2006 031 369 A1 angegeben, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muß. Außerdem ist aus diesem Dokument die Kopplung des Kraftübertragungselements
30 an eine Antriebseinheit
32 bekannt, mittels der das Kraftübertragungselement
30 mit einer Antriebskraft beaufschlagt werden kann.
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Mit einem Aktuator 36 kann die Kupplungsklinke 26 parallel zur Rotationsachse R in verschiedene Positionen verschoben werden. In der in 3 dargestellten ersten Position liegt die Kupplungsklinke 26 nur dem ersten Kupplungsteil 18 gegenüber, in der in 4 dargestellten zweiten Position dagegen nur dem zweiten Kupplungsteil 19. In der in 5 dargestellten dritten Position liegt die Kupplungsklinke 26 mittig beiden Kupplungsteilen 18 und 19 gegenüber. Optional kann der durch den Aktuator 36 und die Kupplungsklinke 26 gebildete Einstellmechanismus so ausgelegt sein, dass die Kupplungsklinke 26 auch in eine Position verschiebbar ist, in der sie keinem der beiden Kupplungsteile 18 und 19 gegenüberliegt (diese Option ist in den Figuren nicht dargestellt). Der Aktuator 36 wird elektrisch in Abhängigkeit einer Auswertung von insassenbezogenen und/oder fahrzeugsituationsbezogenen Daten (insbesondere im Hinblick auf eine vorliegende Aufprallsituation) angesteuert. Der Aktuator 36 kann aber grundsätzlich auch mechanisch angesteuert werden.
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Im folgenden wird die Funktionsweise des Gurtstraffers 10 beschrieben. Im Normalzustand ist die Gurtaufrollerachse 12 in beide Richtungen drehbar, d. h. es kann sowohl Gurtband auf- als auch abgezogen werden, da die Gurtaufrollerachse 12 und die über die Torsionseinheit 20 drehfest an die Gurtaufrollerachse 12 gekoppelten Kupplungsteile 18 und 19 frei im Rahmen 16 drehbar sind. Das Sperrsystem 14 des Gurtaufrollers ermöglicht in bekannter Weise eine gurtband- und/oder fahrzeugsensitive Blockierung der Drehung der Gurtaufrollerachse 12 in Abwickelrichtung A.
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In einem Rückhaltefall wird durch Auswertung von insassen- und/oder fahrzeugsituationsbezogenen Daten in einer Steuerung entschieden, ob ein Gurtbandeinzug mit einer niedrigen, mittleren oder hohen Straffkraft vorgenommen werden soll. Dementsprechend wird zunächst die Kupplungsklinke 26 mittels des Aktuators 36 in die erste Position (3), in die zweite Position (4) bzw. in die dritte Position (5) verschoben (falls dies erforderlich ist).
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Durch Aktivieren der Antriebseinheit 32 wird eine Antriebskraft auf das Kraftübertragungselement 30 ausgeübt, das sich dann gemäß Pfeil C in Richtung der Kupplungsklinke 26 bewegt. Die besondere Lagerung der Kupplungsklinke 26 sorgt zum einen dafür, dass die Kupplungsklinke 26 unter Überwindung der Vorspannungskraft um ihren Drehpunkt 26a aus der Ausgangsposition in die Einsteuerposition verschwenkt wird, in der ihre Innenverzahnung in Eingriff mit der Außenverzahnung 18a und/oder 19a des gegenüberliegenden Kupplungsteils 18 und/oder 19 kommt. Dadurch wird die Kupplungsklinke 26 kraftschlüssig an eines der Kupplungsteile 18 bzw. 19 oder an beide gleichzeitig gekoppelt.
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Zum anderen sorgt die besondere Lagerung der Kupplungsklinke 26 dafür, dass sich die Kupplungsklinke 26 zusammen mit dem Antriebsteil 22 in Aufwickelrichtung B um die Rotationsachse R dreht, da das Antriebsteil 22, an das die Kupplungsklinke 26 an ihrem Drehpunkt 26a gekoppelt ist, drehbar gelagert ist. Die Drehung des Antriebsteils 22 in Aufwickelrichtung B wird durch die Sperrklinke 24 nicht gestört. Aufgrund der bereits zuvor erwähnten drehfesten Kopplung der Kupplungsteile 18 und 19 mit der Gurtaufrollerachse 12 über die Torsionsbaugruppe 20 dreht sich die Gurtaufrollerachse 12 mit den Kupplungsteilen 18 und 19 mit, und es wird Gurtband eingezogen.
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Die Kupplungsklinke 26, das Antriebsteil 22, die Kupplungsteile 18 und 19 und die Torsionsbaugruppe 20 bilden somit einen einstellbaren Kupplungsmechanismus, der bei eingesteuerter Kupplungsklinke 26 einen Kraftfluß zwischen dem Kraftübertragungselement 30 und der Gurtaufrollerachse 12 herstellt und die Bewegung des Kraftübertragungselements 30 auf die Gurtaufrollerachse 12 überträgt, indem die (hier lineare) Bewegung des Kraftübertragungselements 30 in eine Drehbewegung der Gurtaufrollerachse 12 umgewandelt wird.
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In 3 ist anhand von Pfeilen der Kraftverlauf im Falle einer Gurtstraffung auf niedrigem Kraftniveau dargestellt. Die über das Kraftübertragungselement 30 auf die Kupplungsklinke 26 übertragene Antriebskraft wird hier über das der Kupplungsklinke 26 gegenüberliegende erste Kupplungsteil 18 weitergeleitet. Vom ersten Kupplungsteil 18 überträgt sich die Kraft zunächst auf den Torsionsstab 20b, und von dessen entferntem Ende über das Torsionsrohr 20a schließlich auf die Gurtaufrollerachse 12.
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Bei der in 4 dargestellten Straffung auf mittlerem Kraftniveau wird die Antriebskraft nur über das zweite Kupplungsteil 19 weitergeleitet, und zwar direkt auf das Torsionsrohr 20a. Das hier im Vergleich zum Kraftverlauf gemäß 3 höhere Kraftniveau ergibt sich aus den abweichenden Kraftübertragungseigenschaften des Kupplungsteils 19, die durch dessen unterschiedliche Auslegung und Lagerung bedingt sind. Insgesamt haben die hier am Kraftfluß beteiligten Komponenten eine höhere Verwindungssteifigkeit.
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Soll die Straffung auf hohem Kraftniveau erfolgen, wird die Kupplungsklinke 26 gemäß 5 in eine mittlere Position verschoben, so dass die Antriebskraft gleichzeitig in beide Kupplungsteile 18 und 19 eingeleitet wird. Dementsprechend wird die Kraft anteilig sowohl auf den Torsionsstab 20b als auch auf das Torsionsrohr 20a übertragen. Diese Variante weist insgesamt die höchste Verwindungssteifigkeit auf.
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Optional kann auch vorgesehen sein, dass unter bestimmten Umständen überhaupt keine Straffung erfolgen soll. Dies kann dadurch erreicht werden, dass entweder die Antriebseinheit 32 nicht aktiviert oder die Kupplungsklinke 26 in eine Position außerhalb der Kupplungsteile 18, 19 verschoben wird.
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Im Verlauf oder nach einer Gurtstraffung erfolgt - bedingt durch die Änderung der auf das Gurtband einwirkenden Kräfte im Zuge der Insassenvorverlagerung - nach einer gewissen Zeit eine Umkehr des auf die Gurtaufrollerachse 12 wirkenden Drehmoments. Da die Sperrklinke 24 jedoch eine Drehung des Antriebsteils 22 in Abwickelrichtung A verhindert und ein Kraftschluß zwischen dem Antriebsteil 22 und der Gurtaufrollerachse 12 besteht (über die Kupplungsklinke 26, das Kupplungsteil 18 und/oder 19 sowie das Torsionsrohr 20a und/oder den Torsionsstab 20b), ist die Gurtaufrollerachse 12 blockiert und läßt keinen Gurtbandauszug zu.
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Übersteigt aber die vom Gurtband auf die Gurtaufrollerachse 12 übertragene Kraft in Abwickelrichtung A einen vorbestimmten Wert, wird zur Kraftbegrenzung eine gebremste Drehung der Gurtaufrollerachse 12 in Abwickelrichtung A zugelassen. Voraussetzung hierfür ist, dass vorher das Sperrsystem 14 deaktiviert wurde. Das Kraftniveau der Kraftbegrenzung ist ebenfalls durch Positionierung der Kupplungsklinke 26 einstellbar.
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Für die Auswahl eines bestimmten Kraftniveaus wird die Kupplungsklinke 26 mit dem Aktuator 36 parallel zur Rotationsachse R in eine der drei oben beschriebenen Positionen verschoben. Welches der nachfolgend erläuterten Kraftniveaus ausgewählt wird, hängt wiederum von der Auswertung von insassen- und/oder fahrzeugsituationsbezogenen Daten in der Steuerung ab.
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In 6 ist anhand von Pfeilen der Kraftverlauf im Falle einer Kraftbegrenzung auf niedrigem Kraftniveau dargestellt. Die Kupplungsklinke 26 befindet sich in der ersten Position, ist also nur in die Außenverzahnung 18a des ersten Kupplungsteils 18 eingesteuert. Somit wird die von der Gurtaufrollerachse 12 über das von den Kupplungsteilen 18, 19 abgewandte Ende des Torsionsrohrs 20a in den Torsionsstab 20b eingeleitete Kraft auf das erste Kupplungsteil 18 übertragen. Über die Kupplungsklinke 26, das Antriebsteil 22 und die Sperrklinke 24 wird die Kraft schließlich vom Rahmen 16 aufgenommen. Dies erlaubt eine begrenzte Drehung der Gurtaufrollerachse 12 in Abwickelrichtung A unter Verwindung des Torsionsstabs 20b.
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Bei der in 7 dargestellten Kraftbegrenzung auf mittlerem Kraftniveau befindet sich die Kupplungsklinke 26 in der zweiten Position, ist also nur in die Außenverzahnung 19a des zweiten Kupplungsteils 19 eingesteuert. Die Kraft der Gurtaufrollerachse 12 wird über das Torsionsrohr 20a in das zweite Kupplungsteil 19 eingeleitet. Vom zweiten Kupplungsteil 19 führt der Kraftverlauf über die Kupplungsklinke 26, das Antriebsteil 22 und die Sperrklinke 24 zum Rahmen 16. Die Kraftbegrenzung erfolgt hier unter Verwindung des Torsionsrohrs 20a. Das im Vergleich zum Kraftverlauf gemäß 6 höhere Kraftniveau ergibt sich wiederum aus der insgesamt höheren Verwindungssteifigkeit der am Kraftfluß beteiligten Komponenten.
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Soll die Kraftbegrenzung auf hohem Niveau erfolgen, wird die Kupplungsklinke 26 gemäß 8 in die dritte Position verschoben, in der sie in die Außenverzahnungen 18a, 19a beider Kupplungsteile 18 bzw. 19 einsteuert. Die Kraft wird dementsprechend von der Gurtaufrollerachse 12 sowohl über das Torsionsrohr 20a als auch den Torsionsstab 20b in beide Kupplungsteile 18 und 19 eingeleitet und über die Kupplungsklinke 26, das Antriebsteil 22 und die Sperrklinke 24 auf den Rahmen 16 übertragen. Diese Variante weist insgesamt die höchste Verwindungssteifigkeit auf.
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Der aus Aktuator 36 und Kupplungsklinke 26 gebildete Einstellmechanismus kann somit sowohl zur Auswahl eines Straffkraftniveaus als auch eines Kraftbegrenzungsniveaus verwendet werden.
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Das grundlegende Konzept der Einstellung eines Kraftniveaus bei einer Straffung und/oder bei einer Kraftbegrenzung kann selbstverständlich auf mehrere Stufen erweitert oder (kostengünstiger) auf nur zwei Stufen reduziert werden.
